JP2001262267A

JP2001262267A - 非調質鋼材

Info

Publication number: JP2001262267A
Application number: JP2000075083A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Arai; 貴俊新井; Takeshi Sato; 武史佐藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP3536770B2

Abstract

(57)【要約】【課題】750MPa以上の引張強度と10⁵ サイクルで0.60以
上の疲労限度比を有するフェライト・パーライト型の非
調質鋼材の提供。【解決手段】C：0.20〜0.45％、Si：0.40〜1.00％、M
n：0.80〜1.40％、P：0.010〜0.20％、S：0.040〜0.080
％、Cr：0.45〜0.90％、V：0.10〜0.25％、 Ti：0.005
〜0.05％、Al：0.01〜0.10％、N：0.008〜0.030％を含
有し、C+0.11Si+0.19Mn-0.7S+0.23Cr+1.65Vの値が0.70
〜1.15、75.2×α+15Si-19.4Mn+133P+153S+84.2V+52.3C
r+523Nの値が60.0〜140.0、（1.5Si+2.4V）×αの値が
0.40〜1.20を満たし、残部がＦｅと不純物からなる化学
組成で、その組織がフェライト・パーライトで、且つ面
積割合で組織に占めるフェライト相の割合が0.15〜0.6
5、フェライト粒度がＪＩＳ粒度番号で７．０以上であ
る非調質鋼材。ここで、αは組織におけるフェライト相
の割合を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非調質鋼材に関す
る。更に詳しくは、熱間加工後に焼入れ焼戻しの調質処
理を施さなくとも低サイクルでの耐疲労特性、例えば１
０⁵ 回の応力繰返し回数での疲労限度比、つまり、「１
０⁵ 回の応力繰返し回数での疲労強度」／「引張強度」
に優れたフェライト・パーライト型の非調質鋼材に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】機械構造用部品、なかでもホイールハ
ブ、ナックル、アームといった自動車用足廻り部品は、
従来機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃなど）あるいは合金鋼
（ＳＣＭ４４０など）を用いて熱間鍛造で成形した後、
機械加工と調質処理を施して所望の形状と性能を確保し
ていた。

【０００３】しかし、調質処理には多くのエネルギーと
コストを費やす。更に、中・高炭素鋼を焼入れすると焼
割れを生ずることが多いし、たとえ焼割れを生じなくと
も大きな変態歪が生じる。このため、熱処理後の部品矯
正や機械加工の工程が必要となる。そこで近年、省エネ
ルギーの社会的要請に応え、且つ一方ではコスト低減及
び製造工程の簡略化を図るために、熱間鍛造のままで使
用できる非調質鋼の開発が盛んに行われてきた。

【０００４】非調質鋼としては、ベイナイト型、マルテ
ンサイト型及びフェライト・パーライト型の非調質鋼が
よく知られている。このうち、ベイナイト型とマルテン
サイト型の非調質鋼では高い強度が得られるものの被削
性が低く、更に、大きな変態歪が生ずるので曲がり取り
の矯正工程が必要になって、コストアップが避けられな
い。したがって、コスト低減の面からは、フェライト・
パーライト型の非調質鋼に関する提案が多くなされてい
る。

【０００５】一方、前記したホイールハブ、ナックル、
アームといった自動車用足廻り部品には、例えば、悪路
での走行、急発進、急停止など非定常的な高負荷が加わ
る場合に備えて、最近、低サイクル領域での耐疲労特
性、例えば１０⁵ 回の応力繰返し回数で０．６０以上の
大きな疲労限度比（以下、例えば、「１０⁵ 回の応力繰
返し回数での疲労限度比」などを「１０⁵ サイクルでの
疲労限度比」などという）が要求される場合も増えてき
た。

【０００６】一般に鋼材においては１０⁷ サイクルでの
疲労特性が論じられ、この場合の耐疲労特性を高めるた
めの検討が行われてきた。鋼材（部品）に定常的な負荷
が加わる場合には、上記１０⁷ サイクルでの耐疲労特性
を高めることの意義は大きく、部品の安全設計に反映さ
せることができる。しかし、前記のように部品に非定常
的な高負荷が加わる場合には、１０⁷ サイクルでの耐疲
労特性を高めることは勿論であるが、低サイクル領域で
の耐疲労特性を高めることが一層重要となる。

【０００７】フェライト・パーライト型の非調質鋼に関
する技術としては、例えば、特開昭６３−１９９８４８
号公報、特開平７−７０６９８号公報、特開平７−１０
２３４０号公報が開示されている。

【０００８】このうち、特開昭６３―１９９８４８号公
報にはＡｌ含有量を０．０２０％未満に規制することに
よって、Ｖの窒化物と固溶Ｎとによるフェライトの強化
を図った「耐疲労性及び切削性にすぐれる熱間鍛造用非
調質鋼」が開示されている。しかし、この公報で提案さ
れた非調質鋼はＡｌの含有量を低く抑えたものであるた
め、ＡｌＮによる結晶粒微細化効果が得られないことも
あって、必ずしも低サイクル領域における大きな疲労限
度比、なかでも１０⁵ サイクルで０．６０以上という大
きな疲労限度比を安定確実に確保できるものではない。

【０００９】特開平７―７０６９８号公報には、特定の
化学組成からなる「高疲労強度快削非調質鋼」が開示さ
れている。しかし、この公報で提案された技術は９００
ＭＰａ以上の引張強度と０．５以上の疲労限度比を有す
る被削性に優れた非調質鋼を提供することを目的とする
ものであり、この非調質鋼の場合には上記目標は満足す
るものの、低サイクル領域、なかでも１０⁵ サイクルで
の疲労限度比を高めるための配慮がなされていないの
で、必ずしも１０⁵ サイクルで０．６０以上という大き
な疲労限度比を安定確実に確保できるものではない。

【００１０】特開平７―１０２３４０号公報には、熱間
鍛造後に冷却した組織の９０％以上がフェライト＋パー
ライト組織からなる特定の化学組成を有する鋼材を２０
０〜７００℃で時効処理する「疲労特性に優れる非調質
鋼の製造方法」が開示されている。しかし、この公報で
提案された技術は調質処理の焼入れは省略できるものの
焼戻しと同様な時効のための熱処理を行う必要があるの
でエネルギーコストが嵩んでしまう。

【００１１】特開平６−２８７６７７号公報には、特定
の化学組成からなるフェライト・パーライト型の「高強
度熱間鍛造用非調質鋼」が開示されている。しかし、こ
の公報で提案された非調質鋼も、低サイクル領域、なか
でも１０⁵ サイクルでの疲労限度比を高めるための配慮
がなされていないので、必ずしも１０⁵ サイクルで０．
６０以上という大きな疲労限度比を安定確実に確保でき
るものではない。

【００１２】特開平７−６２４８８号公報には、特定の
化学組成からなり、パーライト組織率を規定した「熱間
鍛造用非調質鋼」が開示されている。しかし、この公報
で提案された非調質鋼も、低サイクル領域、なかでも１
０⁵ サイクルでの疲労限度比を高めるための配慮がなさ
れていないので、必ずしも１０⁵ サイクルで０．６０以
上という大きな疲労限度比を安定確実に確保できるもの
ではない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記現状に
鑑みなされたもので、通常の熱間加工と冷却の条件で、
それも熱間加工後の時効処理を含めて熱処理を行うこと
なく非調質のままで低サイクルでの耐疲労特性に優れた
フェライト・パーライト型の非調質鋼材、なかでも、引
張強度が７５０ＭＰａ以上、１０⁵ サイクルでの疲労限
度比が０．６０以上で、更には被削性にも優れたフェラ
イト・パーライト型の非調質鋼材を低コストで提供する
ことを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）及び（２）に示す非調質鋼材にある。

【００１５】（１）質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４５
％、Ｓｉ：０．４０〜１．００％、Ｍｎ：０．８０〜
１．４０％、Ｐ：０．０１０〜０．２０％、Ｓ：０．０
４０〜０．０８０％、Ｃｒ：０．４５〜０．９０％、
Ｖ：０．１０〜０．２５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０
５％、Ａｌ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．００８〜
０．０３０％を含有し、下記(1) 式で表されるｆｎ１の
値が０．７０〜１．１５、下記(2)式で表されるｆｎ２
の値が６０．０〜１４０．０、下記(3)式で表されるｆ
ｎ３の値が０．４０〜１．２０を満たし、残部がＦｅ及
び不純物からなる化学組成で、その組織がフェライト・
パーライトで、且つ面積割合で組織に占めるフェライト
相の割合が０．１５〜０．６５、フェライト粒度がＪＩ
Ｓ粒度番号で７．０以上である非調質鋼材。

【００１６】ｆｎ１＝Ｃ＋０．１１Ｓｉ＋０．１９Ｍｎ−０．７Ｓ＋０．２３Ｃｒ＋１．６５Ｖ・・・(1) ｆｎ２＝７５．２×α＋１５Ｓｉ−１９．４Ｍｎ＋１３３Ｐ＋１５３Ｓ＋８４．２Ｖ＋５２．３Ｃｒ＋５２３Ｎ・・・(2) ｆｎ３＝（１．５Ｓｉ＋２．４Ｖ）×α・・・(3) ここで、各式における元素記号はその元素の質量％での
含有量を示し、αは組織におけるフェライト相の割合を
示す。

【００１７】（２）上記（１）に記載の成分に加えて、
更に質量％で、Ｚｒ：０．００１〜０．１０％を含有
し、前記(1) 式で表されるｆｎ１の値が０．７０〜１．
１５、前記(2)式で表されるｆｎ２の値が６０．０〜１
４０．０、前記(3)式で表されるｆｎ３の値が０．４０
〜１．２０を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる化
学組成で、その組織がフェライト・パーライトで、且つ
面積割合で組織に占めるフェライト相の割合が０．１５
〜０．６５、フェライト粒度がＪＩＳ粒度番号で７．０
以上である非調質鋼材。

【００１８】なお、フェライト・パーライト組織とはフ
ェライト相とパーライト相の混合組織を指し、組織の面
積割合は顕微鏡観察したときの組織割合をいう。以下、
本明細書においては組織における「相」は表示せず、例
えば「フェライト相」を単に「フェライト」ということ
にする。

【００１９】面積割合で０．１５〜０．６５とは、全体
を１としたときの組織に占める割合が０．１５〜０．６
５であること、すなわち組織に占める割合が１５〜６５
％であることをいう。

【００２０】又、フェライトのＪＩＳ粒度番号とは、JI
S G 0552(1998)に記載の「鋼のフェライト結晶粒度試験
方法」に基づいて測定した値をいう。

【００２１】本発明者らは、前記した目的を達成するた
め非調質鋼材の化学組成及び組織について種々検討を重
ねた。その結果、下記の知見を得た。

【００２２】（ａ）鋼材の１０⁷ サイクルにおける疲労
強度は引張強度と相関を有するが、１０⁵ サイクル以下
の低サイクル領域（以下、本発明において「低サイク
ル」といえば「１０⁵ サイクル以下」を指すものとす
る）、なかでも１０⁵ サイクルにおける疲労強度は単に
引張強度を高めるだけでは向上せず、したがって疲労限
度比も向上しない。低サイクル領域における疲労限度比
を向上させるためには、鋼材の引張強度を高めるととも
に組織を適正化することが重要である。

【００２３】（ｂ）フェライト・パーライト型非調質鋼
材の低サイクル領域における疲労限度比、なかでも１０
⁵ サイクルでの疲労限度比を高めるためには、組織の微
細化、面積割合で組織に占めるフェライトの割合の増大
及びフェライトの強化を行えばよい。

【００２４】（ｃ）特定の化学組成を有するフェライト
・パーライト型非調質鋼材、なかでも面積割合で組織に
占めるフェライトの割合が０．１５〜０．６５であるフ
ェライト・パーライト型非調質鋼材の引張強度は、前記
(1) 式で表されるｆｎ１で整理でき、ｆｎ１の値が０．
７０以上の場合に７５０ＭＰａ以上の引張強度が安定し
て得られる。

【００２５】（ｄ）適正量のＭｎとＳを含有させてＭｎ
Ｓを生成させれば、このＭｎＳが熱間加工後の冷却過程
でのフェライト析出サイトとなるので、組織の微細化と
面積割合で組織に占めるフェライトの割合の増大が図れ
る。

【００２６】（ｅ）Ｔｉを添加して鋼中にＴｉの炭窒化
物を析出させておけば、熱間加工のための加熱時にオー
ステナイト粒が粗大化するのを防止できるので、冷却後
の組織が微細になる。

【００２７】（ｆ）面積割合で組織に占めるフェライト
の割合を増大させるとともにフェライトを強化するため
には、Ｃ含有量を低減してＳｉとＶを含有させればよ
い。

【００２８】（ｇ）フェライト・パーライト型非調質鋼
材の低サイクル領域における疲労限度比、なかでも１０
⁵ サイクルでの疲労限度比は鋼材の延性（絞り）を高め
ることによっても達成できる。

【００２９】（ｈ）Ｃｒを含有させればパーライトのラ
メラ間隔が小さくなって鋼材の絞りを高めることができ
る。

【００３０】（ｉ）Ｐは、フェライトを固溶強化して疲
労限度比、特に低サイクル領域での疲労限度比を高める
作用を有する。

【００３１】（ｊ）特定の化学組成と組織を有するフェ
ライト・パーライト型非調質鋼材の低サイクル領域にお
ける疲労限度比、なかでも１０⁵ サイクルでの疲労限度
比は、前記(2) 式で表されるｆｎ２で整理でき、ｆｎ２
の値が６０．０〜１４０．０の場合に０．６０以上の値
が安定して得られる。（ｋ）特定の化学組成を有するフェライト・パーライト
型非調質鋼材の被削性は、前記(3) 式で表されるｆｎ３
で整理でき、ｆｎ３の値が０．４０以上の場合に良好な
被削性が得られる。

【００３２】本発明は、上記の知見に基づいて完成され
たものである。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各要件について詳
しく説明する。なお、各元素の含有量の「％」表示は
「質量％」を意味する。（Ａ）化学組成Ｃ：０．２０〜０．４５％Ｃは、フェライト・パーライト組織を有する鋼材の強度
を高めるのに有効な元素である。その効果を得るために
は０．２０％以上の含有量を必要とする。しかし、０．
４５％を超えて含有させると、面積割合で組織に占める
フェライトの割合が少なくなって低サイクル領域におけ
る疲労限度比、なかでも１０⁵ サイクルでの疲労限度比
が低下してしまう。したがって、Ｃの含有量を０．２０
〜０．４５％とした。なお、Ｃ含有量は０．２５〜０．
３５％とすることが好ましい。

【００３４】Ｓｉ：０．４０〜１．００％Ｓｉは、脱酸を促進するとともにフェライト中に固溶し
てフェライトを強化して疲労限度比、なかでも低サイク
ル領域における疲労限度比を高める作用を有する。更
に、Ｓｉにはフェライトを脆化させて被削性を高める作
用もある。前記の効果を十分発揮させるためには、Ｓｉ
の含有量を０．４０％以上とすることが必要である。し
かし、Ｓｉを過剰に添加すると前記の効果が飽和するば
かりか熱間加工のための加熱で鋼材表面の脱炭が促進さ
れて表面強度が下がってしまう。特に、Ｓｉの含有量が
１．００％を超えると鋼材表面の脱炭が著しくなる。し
たがって、Ｓｉの含有量を０．４０〜１．００％とし
た。なお、Ｓｉの含有量は０．７０〜０．９０％とする
ことが好ましい。

【００３５】Ｍｎ：０．８０〜１．４０％Ｍｎは、脱酸作用及び強度を高める作用を有する。こう
した効果を確保するためには、０．８０％以上の含有量
を必要とする。しかし、１．４０％を超えて含有させて
もその効果は飽和するし、焼入れ性が高くなりすぎてベ
イナイトや島状マルテンサイトが生成するので被削性が
低下する。更に、延性が低下して、低サイクル領域にお
ける疲労限度比、なかでも１０⁵ サイクルでの疲労限度
比が低下してしまう。このため、Ｍｎの含有量を０．８
０〜１．４０％とした。なお、Ｍｎの含有量は１．００
〜１．３０％とすることが好ましい。

【００３６】Ｐ：０．０１０〜０．２０％Ｐは、被削性と疲労限度比を高める作用を有する。しか
し、その含有量が０．０１０％以下ではその効果が得難
い。一方、その含有量が０．２０％を超えると靱性の著
しい低下を招く。したがって、Ｐの含有量を０．０１０
〜０．２０％とした。なお、Ｐの含有量は０．０１５〜
０．１０％とすることが好ましい。

【００３７】Ｓ：０．０４０〜０．０８０％Ｓは、鋼の被削性を高めるとともに、Ｍｎと結合したＭ
ｎＳが熱間加工後の冷却過程におけるフェライトの析出
サイトとして働き、組織の微細化及び面積割合で組織に
占めるフェライトの割合の増大に寄与する。しかし、そ
の含有量が０．０４０％未満では添加効果に乏しい。一
方、０．０８０％を超えて含有させても前記の効果が飽
和する。したがって、Ｓの含有量を０．０４０〜０．０
８０％とした。なお、Ｓの含有量は０．０５０〜０．０
７０％とすることが好ましい。

【００３８】Ｃｒ：０．４５〜０．９０％Ｃｒは、固溶強化元素として強度を高めるとともにパー
ライトラメラ間隔を小さくして延性（絞り）を大きくし
て低サイクル領域における疲労限度比、なかでも１０⁵
サイクルでの疲労限度比を高める作用を有する。しか
し、その含有量が０．４５％未満では添加効果に乏し
い。一方、０．９０％を超えて含有させてもその効果は
飽和してコストが嵩む。更に、焼入れ性が高くなりすぎ
てベイナイトや島状マルテンサイトが生成するので被削
性が低下する。このため、Ｃｒの含有量を０．４５〜
０．９０％とした。なお、Ｃｒの含有量は０．５０〜
０．７０％とすることが好ましい。

【００３９】Ｖ：０．１０〜０．２５％Ｖは、析出強化元素であり、フェライトを強化して低サ
イクル領域における疲労限度比、なかでも１０⁵ サイク
ルでの疲労限度比を高める作用を有する。更に、Ｖには
フェライトを脆化させて被削性を高める作用もある。し
かし、その含有量が０．１０％未満では前記の効果が得
難い。一方、０．２５％を超えて含有させても前記効果
は飽和し、コストのみが上昇して経済性を損なうことに
なる。したがって、Ｖの含有量を０．１０〜０．２５％
とした。なお、Ｖの含有量は０．１５〜０．２０％とす
ることが好ましい。

【００４０】Ｔｉ：０．００５〜０．０５％Ｔｉは、Ｃ及びＮと結合してＴｉ炭窒化物として析出
し、オーステナイト結晶粒の粗大化を防止するととも
に、上記Ｔｉ炭窒化物が熱間加工後の冷却時にフェライ
トの析出サイトとなって組織の微細化と面積割合で組織
に占めるフェライトの割合の増大にも寄与する。しか
し、その含有量が０．００５％未満では所望の効果が得
られない。一方、Ｔｉを０．０５％を超えて含有させて
も前記効果は飽和しコストが嵩むばかりである。したが
って、Ｔｉ含有量を０．００５〜０．０５％とした。

【００４１】Ａｌ：０．０１〜０．１０％Ａｌは、脱酸作用を有する。更に、ＡｌはＮとともにＡ
ｌＮを形成してオーステナイト粒の粗大化を防止し、組
織を微細化して低サイクル領域における疲労限度比、な
かでも１０⁵ サイクルでの疲労限度比を高める作用を有
する。しかし、その含有量が０．０１％未満では添加効
果に乏しく、０．１０％を超えると酸化物系の介在物が
増加して切削時に工具寿命の低下を招くとともに、表皮
下介在物によって疲労特性の低下をきたす。したがっ
て、Ａｌの含有量を０．０１〜０．１０％とした。

【００４２】Ｎ：０．００８〜０．０３０％Ｎは、ＣとともにＶやＴｉと結合してＶ炭窒化物やＴｉ
炭窒化物として析出し強度を高める作用を有する。又、
上記のＴｉ炭窒化物及びＡｌと結合したＡｌＮがオース
テナイト粒の粗大化を防止するので組織の微細化にも有
効である。しかし、その含有量が０．００８％未満では
前記の効果が得難い。一方、０．０３０％を超えて含有
させてもその効果は飽和するばかりか、熱間加工性の劣
化を招くようになる。したがって、Ｎの含有量を、０．
００８〜０．０３０％とした。なお、Ｎの含有量は０．
０１２〜０．０３０％とすることが好ましい。

【００４３】Ｚｒ：０．００１〜０．１０％Ｚｒは、介在物を極めて均一微細に分散させて熱間加工
後の組織を微細化し、低サイクル領域における疲労限度
比、なかでも１０⁵ サイクルでの疲労限度比を高める作
用を有するため、特に低サイクル領域（なかでも１０⁵
サイクル）で一層大きな疲労限度比を確保する目的で含
有させるが、その含有量が０．００１％では前記効果が
得難く、一方、０．１０％を超えて含有させても前記効
果は飽和しコストが嵩むばかりである。したがって、Ｚ
ｒを添加する場合には０．００１〜０．１０％の含有量
とするのがよい。

【００４４】ｆｎ１：０．７０〜１．１５各元素の含有量が既に述べた範囲にあるフェライト・パ
ーライト型非調質鋼材、なかでも面積割合で組織に占め
るフェライトの割合が０．１５〜０．６５であるフェラ
イト・パーライト型非調質鋼材の引張強度は、前記(1)
式で表されるｆｎ１で整理でき、この値が０．７０以上
の場合に７５０ＭＰａ以上の引張強度が安定して得られ
る。一方、ｆｎ１の値が１．１５を超えると引張強度が
大きくなりすぎて被削性の低下を招く。したがって、ｆ
ｎ１の値を０．７０〜１．１５とした。なお、ｆｎ１の
下限値を０．８０とすれば、引張強度で８５０ＭＰａ以
上の高強度を安定して確保できる。

【００４５】ｆｎ２：６０．０〜１４０．０各元素の含有量が既に述べた範囲にあるフェライト・パ
ーライト型非調質鋼材、なかでも面積割合で組織に占め
るフェライトの割合が０．１５〜０．６５であるフェラ
イト・パーライト型非調質鋼材の低サイクル領域におけ
る疲労限度比、なかでも１０⁵ サイクルでの疲労限度比
は、前記(2) 式で表されるｆｎ２で整理でき、この値が
６０．０〜１４０．０の場合に０．６０以上の大きな値
が安定して得られる。

【００４６】因に、図１は各元素の含有量が既に述べた
範囲にあり、しかも、面積割合で組織に占めるフェライ
トの割合が後述する０．１５〜０．６５の範囲にある種
々のフェライト・パーライト型非調質鋼材のｆｎ２の値
と１０⁵ サイクルでの疲労限度比との関係を後述の実施
例と同じ試験方法で求めた一例を示す図である。この図
からも、ｆｎ２の値が６０．０〜１４０．０の場合に
０．６０以上の疲労限度比が安定して得られることが明
らかである。

【００４７】ｆｎ３：０．４０〜１．２０各元素の含有量が既に述べた範囲にあるフェライト・パ
ーライト型非調質鋼材の被削性は、前記(3) 式で表され
るｆｎ３で整理でき、ｆｎ３の値が０．４０以上の場合
に良好な被削性が得られる。しかし、ｆｎ３の値が１．
２０を超えると靱性が著しく低下してしまう。したがっ
て、ｆｎ３の値を０．４０〜１．２０とした。（Ｂ）鋼材の組織 α：０．１５〜０．６５フェライト・パーライト組織におけるフェライトの面積
割合であるαが０．１５を下回ると、低サイクル領域、
なかでも１０⁵ サイクルで、０．６０以上の疲労限度比
を確保し難い。一方、αが０．６５を上回ると、却って
低サイクル領域、なかでも１０⁵ サイクルでの疲労限度
比が低下するし、被削性も劣化してしまう。したがっ
て、組織におけるフェライトの面積割合（α）を０．１
５〜０．６５とした。なお、フェライトの面積割合
（α）は、鏡面研磨した面を、例えばナイタールで腐食
し、その腐食面を被検面として光学顕微鏡で観察して求
めればよい。

【００４８】フェライト粒度：ＪＩＳ粒度番号で７．０
以上組織の微細化、特に、フェライトを微細化することによ
って低サイクル領域における疲労限度比、なかでも１０
⁵ サイクルでの疲労限度比を高めることができ、フェラ
イト粒度がＪＩＳ粒度番号で７．０以上の場合に１０⁵
サイクルで０．６０以上の疲労限度比が安定して得られ
る。なお、１０⁵ サイクルでの疲労限度比を一層高めた
い場合には、フェライト粒度をＪＩＳ粒度番号で８．０
以上とするのがよい。既に述べたように、フェライトの
ＪＩＳ粒度番号とは、JIS G 0552(1998)に記載の「鋼の
フェライト結晶粒度試験方法」に基づいて測定した値を
いう。上記の組織は、前記（Ａ）項に記載した化学組成
を有する鋼を通常の方法で溶製した後、例えば、９００
〜１３００℃に加熱して１２００〜８００℃で加工して
所定の形状に成形し、その後、０．１〜５．０℃／秒の
冷却速度で冷却することによって得られる。

【００４９】

【実施例】表１〜５に示す化学組成の鋼を１８０ｋｇ真
空溶解炉を用い通常の方法によって溶製した。表１〜５
には化学組成から計算されるｆｎ１と、化学組成及び組
織観察して求めたαとから計算されるｆｎ２、ｆｎ３の
値も併せて示した。

【００５０】表１〜３における鋼１〜４６は化学組成が
本発明で規定する範囲内にある本発明例である。一方、
表４、５における鋼４７〜７２は本発明で規定する条件
から外れた比較例である。

【００５１】

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】これらの鋼を通常の方法によって鋼片とした後、１２０
０〜１３００℃に加熱してから、１０００℃以上の仕上
げ温度で直径５０ｍｍの丸棒に熱間鍛造した。次いで、
上記の直径５０ｍｍに熱間鍛造した丸棒を長さ１０００
ｍｍに切断し、更に、高周波加熱装置で１２００℃に加
熱してから、熱間鍛造プレスを用いて直径が３０ｍｍの
丸棒を得た。すなわち、鋼の組成に応じて、仕上げ温度
１１００〜９００℃で直径が３０ｍｍの丸棒に成形し、
その後、０．５〜２．０℃／秒の冷却速度で常温（室
温）まで冷却した。こうして得られた丸棒の中心部から
JIS Z 2201に記載の１４Ａ号試験片（直径：１０ｍｍ）
を切り出し、常温で引張試験を行って降伏強度（Ｙ
Ｓ）、引張強度（ＴＳ）及び絞り（ＲＡ）を測定した。

【００５２】又、丸棒の中心部から平行部径が８ｍｍの
小野式回転曲げ疲労試験片を切り出して常温（室温）、
大気中で非定常状態の再現のために回転速度６００ｒｐ
ｍの条件で疲労試験を行い、１０⁵ サイクルでの疲労強
度を測定した。

【００５３】直径３０ｍｍで厚さが２０ｍｍの試験片を
切り出し、更にこれを中心を含む長さ方向に平行な面で
切断して、光学顕微鏡により中心部の組織観察を行っ
た。組織調査方法は、光学顕微鏡観察試験片を採取し、
５％ナイタールで腐食して２００倍で観察した。又、JI
S G 0552(1998)に記載の「鋼のフェライト結晶粒度試験
方法」に基づいてフェライト結晶粒度の測定も行った。

【００５４】表６〜８に試験結果をまとめて示す。

【００５５】

【表６】

【表７】

【表８】表６〜８から、本発明例の試験番号１〜４６の場合、い
ずれもフェライト・パーライト組織で、しかも本発明で
規定する条件を満足しているので、７５０ＭＰａ以上の
引張強度と１０⁵ サイクルで０．６０以上の疲労限度比
が得られていることがわかる。これに対して、比較例の
試験番号４７〜７２の場合には、本発明で規定する条件
から外れているため、１０⁵ サイクルでの疲労限度比が
０．６０に達していない。

【００５６】なお、本発明例の試験番号１〜４６の場
合、前記直径３０ｍｍの丸棒を試験片として、直径８ｍ
ｍのハイスドリルを使用し、無潤滑で、切削速度５０ｍ
ｍ／ｍｉｎ、送り１．０ｍｍ／ｒｅｖの条件でドリル穿
孔試験を行った結果、被削性に問題がないことを確認し
た。

【００５７】

【発明の効果】本発明の非調質鋼材は、７５０ＭＰａ以
上の引張強度と１０⁵ サイクルで０．６０以上の疲労限
度比を有するので、自動車用足廻り部品としてのホイー
ルハブ、ナックル、アームなどに用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フェライト・パーライト型非調質鋼材のｆｎ２
の値と１０⁵ サイクルでの疲労限度比との関係の一例を
示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．２０〜０．４５％、Ｓ
ｉ：０．４０〜１．００％、Ｍｎ：０．８０〜１．４０
％、Ｐ：０．０１０〜０．２０％、Ｓ：０．０４０〜
０．０８０％、Ｃｒ：０．４５〜０．９０％、Ｖ：０．
１０〜０．２５％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５％、Ａ
ｌ：０．０１〜０．１０％、Ｎ：０．００８〜０．０３
０％を含有し、下記(1)式で表されるｆｎ１の値が０．
７０〜１．１５、下記(2)式で表されるｆｎ２の値が６
０．０〜１４０．０、下記(3) 式で表されるｆｎ３の値
が０．４０〜１．２０を満たし、残部がＦｅ及び不純物
からなる化学組成で、その組織がフェライト・パーライ
トで、且つ面積割合で組織に占めるフェライト相の割合
が０．１５〜０．６５、フェライト粒度がＪＩＳ粒度番
号で７．０以上である非調質鋼材。ｆｎ１＝Ｃ＋０．１１Ｓｉ＋０．１９Ｍｎ−０．７Ｓ＋０．２３Ｃｒ＋１．６５Ｖ・・・(1) ｆｎ２＝７５．２×α＋１５Ｓｉ−１９．４Ｍｎ＋１３３Ｐ＋１５３Ｓ＋８４．２Ｖ＋５２．３Ｃｒ＋５２３Ｎ・・・(2) ｆｎ３＝（１．５Ｓｉ＋２．４Ｖ）×α・・・(3) ここで、各式における元素記号はその元素の質量％での
含有量を示し、αは組織におけるフェライト相の割合を
示す。
【請求項２】請求項１に記載の成分に加えて、更に質量
％で、Ｚｒ：０．００１〜０．１０％を含有し、下記
(1)式で表されるｆｎ１の値が０．７０〜１．１５、下
記(2)式で表されるｆｎ２の値が６０．０〜１４０．
０、下記(3) 式で表されるｆｎ３の値が０．４０〜１．
２０を満たし、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成
で、その組織がフェライト・パーライトで、且つ面積割
合で組織に占めるフェライト相の割合が０．１５〜０．
６５、フェライト粒度がＪＩＳ粒度番号で７．０以上で
ある非調質鋼材。ｆｎ１＝Ｃ＋０．１１Ｓｉ＋０．１９Ｍｎ−０．７Ｓ＋０．２３Ｃｒ＋１．６５Ｖ・・・(1) ｆｎ２＝７５．２×α＋１５Ｓｉ−１９．４Ｍｎ＋１３３Ｐ＋１５３Ｓ＋８４．２Ｖ＋５２．３Ｃｒ＋５２３Ｎ・・・(2) ｆｎ３＝（１．５Ｓｉ＋２．４Ｖ）×α・・・(3) ここで、各式における元素記号はその元素の質量％での
含有量を示し、αは組織におけるフェライト相の割合を
示す。